Для выплавки чугуна в доменных печах используют железные руды, топливо и флюсы.
Железные руды содержат железо в различных соединениях: в виде окислов Fe3O4, Fe2O3;гидроксидов Fe2O3 ×Н2О,карбонатов FeСO3 и другие,атакже пустую породу, состоящую в основном из SiO2, Al2O3,CaO, MgOи др. К железным рудам относятся магнитный железняк Fe3O4 (55 - 60% Fe), красный железняк Fe2O3 (55 - 60% Fe), бурый железняк, содержащий гидраты окислов железа 2Fe2O3 ×3Н2О и Fe2O3 ×Н2О (37 -55% Fe); шпатовые железняки, содержащие FeСO3 (30 -40% Fe).
Марганцевые руды применяют для выплавки сплава железа с марганцем - ферромарганца (10 - 82% Mn), а также передельных чугунов, содержащих до 1% Mn.Марганец в рудах содержится в виде оксидов и карбонатовMnO2, Mn2O3, Mn3O4, MnCO3и др.
Хромовые руды используют для производства феррохрома, металлического хрома и огнеупорных материалов - хромомагнезитов. Хромовые руды содержат хромит (FeO×Cr2O3), (Mg, Fe)×Cr2O4 (до 40%Cr2O3).
Комплексные руды используют для выплавки природно-легированных чугунов. Это железомарганцевые руды (до 20% Mn), хромоникелевые руды (37-47% Fe, до 2% Cr, до 1% Ni), железо-ванадиевые руды (до 0.17-0.35% V).
Топливом для доменной плавки служат кокс, позволяющий получать необходимую температуру и создавать условия для восстановления железа из руды; в целях экономии часть кокса заменяют природным газом, мазутом, пылевидным топливом.
Флюсом при выплавке чугуна в доменных печах является известняк СаСО3 или доломатизированный известняк, содержащий СаСО3 и MgСО3,так как в шлаки должно входить определенное количество основных окислов(СаО, MgО). Это необходимо для удаления серы из металла, в который она переходит из кокса и железной руды при плавке. Рекомендуется, чтобы в шлаке отношение
(СаО + MgО)/(SiO2+Al2O3) » 1.
Подготовка руд к доменной плавкеосуществляется для повышения производительности доменной печи, снижения расхода кокса и улучшения качества чугуна. Цель этой подготовки состоит в увеличении содержания железа в шихте и уменьшении в ней вредных примесей - серы, фосфора, повышение её однородности по величине гранул и химическому составу. Метод подготовки добываемой руды зависит от её качества.
Дробление и сортировка для получения гранул оптимальной для плавки величины. Куски руды дробят и сортируют на дробилках и классификаторах.
Обогащение рудыосновано на различии физических свойств минералов, входящих в её состав: плотностей составляющих, магнитных, физико-химических свойств минералов. Промывка руды водой позволяет отделить плотные составляющие руды от пустой породы (песка, глины). Гравитация (отсадка) - это отделение руды от пустой породы при пропускании струи воды через дно вибрирующего сита, на котором лежит руда: пустая порода вытесняется в верхний слой и уносится водой, а рудные материалы остаются в сите.
Магнитная сепарация основана на различии магнитных свойств железосодержащих минералов и частиц пустой породы. Измельченную руду подвергают действию магнита, притягивающего железосодержащие минералы, отделяя их от пустой породы.
Окускование производят для переработки концентратов, полученных после обогащения, в кусковые материалы необходимых размеров. Применяют два способа окускования: агломерацию и окатывание.
Агломерация. Шихту, состоящую из железной руды (40-50%) известняка (15-20%), возврата мелкого агломерата (20-30%), коксовой мелочи (4-6%), влаги (6-9%), спекают на агломерационных машинах при температуре 1300-1500 оС. При спекании из руды удаляются вредные примеси (сера, мышьяк), разлагаются карбонаты, и получается кусковой пористый офлюсованный материал - агломерат.
Окатывание. Шихта измельченных концентратов, флюса, топлива, увлажняется и при обработке во вращающихся барабанах, тарельчатых чашах (грануляторах) приобретает форму шариков-окатышей диаметром до 30мм. Окатыши высушивают и обжигают при температуре 1200-1350 оС на обжиговых машинах, после чего они становятся прочными и пористыми. Использование агломерата и окатышей исключает отдельную подачу флюса-известняка в доменную печь при плавке, так как флюс в необходимом количестве входит в их состав.